Nastartovalo rozvoj života globální zalednění?

MAGAZÍN - Příroda autor: Jan Toman

Dějiny pozemského života můžeme rozdělit na dvě části. V té první, která začala krátce po zformování naší planety, vznikly jednoduché organismy a vyvinuly se na úroveň dnešních bakterií. Tyto organismy a jejich ekosystémy na Zemi dominovaly nejméně tři miliardy let. Pravda, už relativně brzo se patrně vyvinuly větší a komplexnější, eukaryotické organismy na úrovni dnešních prvoků. Ty ale převážily a začaly se explozivně rozvíjet až celkem nedávno – před nějakými šesti až sedmi stovkami milionů let. Tím byla předznamenána epocha zjevného života, doba, ve které se vyvinuly mnohobuněční živočichové i rostliny a ve které žijeme dodnes. Proč si ale komplexní formy života dávaly tak na čas?

Podle nového výzkumu publikovaného na stránkách prestižního vědeckého žurnálu Nature paradoxně stálo za přeřazením pozemských ekosystémů na nový rychlostní stupeň globální zalednění. Podobných událostí, při nichž Země začala připomínat sněhovou kouli, nastalo před necelou miliardou let hned několik. Celé období před 720 až 635 miliony let podle nich dokonce dostalo jméno: cryogenian.

Příčiny těchto náhlých ochlazení, při nichž na kost, nebo alespoň ledovou břečku, zamrzl celý povrch Země, jsou komplexní. Svou roli pravděpodobně sehrál slabší výkon Slunce, ale také postavení kontinentů, vyčerpání oxidu uhličitého z atmosféry prvními fotosyntetizujícími organismy a další faktory. Život se během nich musel výrazně stáhnout – doprovázelo je jak snížení diverzity, tak i celkové biomasy organismů. Na povrchu ledovců a v atmosféře se ale zároveň hromadily živiny vyvržené ze sopek a skleníkové plyny včetně oxidu uhličitého, díky kterým Země po nějaké době zase opětovně rozmrzla.

S použitím pokročilých biochemických a paleontologických metod se vědcům podařilo zmapovat chemické stopy různých typů organismů v horninách z inkriminovaného období. Dobrým indikátorem je zejména podíl steranů a hopanů, který odráží poměr v zastoupení "modernějších" eukaryotických organismů a "tradičnějších" bakterií. Ve vrstvách starých 820 až 720 milionů let, to jest horninách z doby před prvním globálním zaledněním, výrazně převažují chemické stopy bakterií, nebo přímo zelených sinic. Poměr steranů a hopanů se pohybuje od 0,003 do 0,3 a je tedy zhruba tisíckrát nižší než dnes. Konkrétní složení eukaryotických steranů je navíc odlišné od dnešního stavu, což značí jiné zastoupení různých skupin eukaryotických organismů. Patrně mezi nimi převažovaly skupiny živící se jinými mikroorganismy a ruduchy.

Co umožnilo zásadní změnu pozemských ekosystémů?

Během globálního zalednění pokleslo zastoupení bakterií i eukaryot. Více ale byla zasažena druhá skupina. Poměr steranů a hopanů se propadl zhruba stokrát. Po konci globálního zalednění nicméně došlo k velkému obratu. Nejdříve zvolna, ale po pár milionech let čím dál rychleji, vystoupal poměr steranů a hopanů až na dnešní hodnoty. Dnešnímu stavu se začaly podobat dokonce i poměry různých typů steranů, což patrně odráží nástup prvních zelených rostlin ve formě řas. Přes určité výkyvy se tento stav udržel i přes všechna následující globální zalednění.

Zásadní změnu pozemských ekosystémů patrně umožnily živiny nashromážděné za dobu, kdy Země připomínala sněhovou kouli. Zatímco bakterie měly díky své malé velikosti výhodu v oceánu chudém na kyslík, případně fosfor a další živiny, eukaryota dokázala více vytěžit z bohatství potenciálních zdrojů. Před prvním globálním zaledněním na Zemi panovala rovnováha mezi nízkým množstvím fosforu, nízkou produktivitou a malým množstvím kyslíku. "Kopanec" nashromážděných živin ale mohl celý systém posunout na novou stabilní úroveň vyznačující se dominancí eukaryot, vyšší biomasou organismů a díky jejich vlivům na prostředí i zvýšeným množstvím kyslíku a fosforu.

Zpoždění několika milionů let v nástupu eukaryotických řas bylo patrně způsobeno až příliš vysokými teplotami po skončení globálního zalednění. Přechodně mohla na rovníku stoupat teplota moře až k 50 či 60 stupňům Celsia, což se blíží hranici tolerance i těch nejodolnějších eukaryotických organismů. Bakteriím ale podobně vysoké teploty nevadí. Přechodně si proto svou dominanci udržely i za nového režimu. Směrem od pólů ale postupně převládly eukaryotické ekosystémy.

Související namnožení eukaryotických, ale i prokaryotických, organismů umožnilo rozpuk druhů živících se čistě jimi, stejně jako rozkladačů na dně moře. Zvýšený tlak predátorů zase vedl k rozvoji řas, zvětšování jejich těla a vzniku obranných přizpůsobení. Odtud byl už jen kousek ke vzniku prvních mnohobuněčných rostlin a živočichů a jejich dalšímu rozvoji až do dnešního stavu. 

Zdroj: Brocks JJ, Jarrett AJ, Sirantoine E, Hallmann C, Hoshino Y & Liyanage T (2017): The rise of algae in Cryogenian oceans and the emergence of animals. Nature 548.

Tagy: biologie vznik života věda a poznání evoluční biologie mikrobiologie

Zdroje: vlastní